ИНДУКЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Индукционные ЭТУ включают в себя плавильные и нагревательные установки, а по частоте питающего тока охватывают широкую полосу от промышленной частоты (50 Гц) до средней (0,5—10 кГц) и высокой (сотни и тысячи килогерц).

Конструктивное исполнение индукционных плавиль­ных печей. Для рабочего процесса индукционных пла­вильных печей характерно электродинамическое и теп­ловое движение жидкого металла в ванне или тигле, способствующее получению однородного по составу ме­талла и его равномерной температуры по всему объёму а также малый угар металла (в несколько раз меньше, чем в дуговых печах). Эти факторы обусловили широ­кое применение индукционных плавильных печей при производстве фасонного литья из чёрных и цветных ме­талов. Рабочие температуры печей: для стали 1600° С, чугуна 1200 — 1400° С, меди 1200° С и алюминия 750° С.

Индукционные плавильные печи можно разделить на канальные печи промыш-ленной частоты и тигельные пе­чи промышленной, средней и высокой частоты.

Особенности конструкции индукционной канальной печи (печи со стальным сер-дечником) иллюстрирует рис. 1-24, а. Здесь схематически изображена однофазная печь. Она представляет собой футерованную ванну 3, заключенную в металличес-кий кожух 2 и снабжённую в данном случае одной однофазной индукционной едини-цей. Последняя состоит из индуктора 8, шихтованного магнитопровода 6 (сердечника) из трансформаторной стали и подового камня 7 с охватывающими индуктор плавиль-ными каналами 4. Камень 7 заключён в металлический кожух. Индукционные единицы делают отъёмными, чтобы можно было их заменять без охлаждения футеровки ванны.

Для слива металла 1 через сливной носок 9 печь на­клоняется обычно при помощи гидропривода (в неко­торых печах ванна и кожух выполнены в виде барабана по типу дуговой печи косвенного нагрева, а слив метал­ла производится через отверстие в тор-цевой стенке печи при повороте барабана с помощью электропривода).

Индуктор печи изготовляют из профилированной медной трубки с водяным ох-лаждением. Подовый ка­мень охлаждается воздухом при помощи вентилятора 5 через зазор между индуктором и подовым камнем. Ток к индуктору подводится по гибким ка-белям.

Замкнутый контур — вторичную «обмотку» трансформатора, первичной обмот-кой которого является ин дуктор, образует жидкий металл в каналах. Поэтому необхо-димо, чтобы в них всегда оставалось некоторое количество металла, поддерживаемого в расплавленном состоянии, для чего печь должна быть постоянно под­ключена к питающей сети. Следовательно, канальные печи предназначены для непрерывной работы с редки­ми переходами с одной марки металла на другую. В своём большинстве канальные печи выполняются однофазными с одной или несколькими индукционными единицами.

Канальные печи в основном применяют для плавки алюминия и его сплавов, а также меди и некоторых ее сплавов. Ёмкость печей от 0,4 до 16 т (печи серий ИАК и ИЛК). Другие серии печей специализированы как миксеры для выдержки и перегрева жидкого чугуна, цветных металлов и сплавов перед разливкой в литей­ные формы (например, серии ИЧКМ, ИЛКМ и др.).

Устройство индукционных тигельных печей (печей без сердечника) показано на рис. 1-24, б и в. Внутри индуктора 8 помещен огнеупорный набивной тигель 3, в котором находится расплавляемый металл 1. В печах промышленной частоты и в некото-рых крупных печах средней частоты устанавливается внешний магнитопровод 6, кото-рый экранирует стальной кожух печи (не показанный на рисунках) от полей рассеяния ин­дуктора. Кожух небольших печей (до 1 т) средней ча­стоты изготовляют из немаг-нитной стали, дерева, асбо­цемента. Сверху печь закрывается футерованной крыш­кой.

Нагрев и расплавление садка происходят за счёт вихревых токов, наводимых в ней при подключении ин­дуктора к источнику питания. Плотность тока в садке неравномерна. Наименьшая плотность тока получается в центральной части тигля, наибольшая в слое, приле­гающем к стенкам.

Индуктор тигельной печи представляет собой многовитковую водоохлаждаемую катушку из медной трубки круглого, овального или прямоугольного сечения. Токопровод к индуктору выполняется, гибким водоохлаждаемым кабелем или шинопроводами из медных или алюминиевых полос и разъемным соединением.

Механизмы наклона печй и подъёма крышки снаб­жаются гидро- или электроприво-дом. Загрузка печей производится вручную (малые печи) либо при помощи подвесной электротележки, мостового крана и т. п.

Тигельные, печи используют преимущественно для плавки металлов на фасонное литьё при периодическом режиме работы, а также вне зависимости от режима ра­боты - для плавки некоторых сплавов, например бронз, которые пагубно влияют на футеровку канальных печей. На частоте 50 Гц работают печи ёмкостью от 0,4-1,0до10т (напри-мер, печи серий ИЧТ,ИЛТ,ИАТ). Печи серий ИСТ ёмкостью от 0,06до10т имеют рабо-чие частоты в пределах 500 — 2575 Гц, серии ИАТ (на 0,4 и 2,5 т) — частоту 500 Гц.

Электрооборудование индукционных плавильных ус­тановок.В индукцион-ную плавильную установку входят электропечь с ее механизмами и приводами и ком-плек­тующее электрооборудование: печной трансформатор или преобразовательный агрегат; вводное или распре­делительное устройство на стороне ВН трансформатора (при первичном напряжении выше 1000 В); конденса­торные батареи; шкафы, щиты и станции управления; токопроводы короткой сети. Комплектация оборудования ти-гельных печей возможна в нескольких вариантах: одна или две печи и один комплект электрооборудования;три печи и два комплекта электрооборудования. Питание индук-ционных печей частоты 50 Гц при мощности печного трансформатора менее 400 кВА про­изводится от сети 380 В, при больших мощностях от сети 6 или 10 кВ. Поскольку естественный коэффициент мощности таких печей весьма низок (у некоторых типов тигельных печей не выше 0,1 - 0,3), обязательно приме­няют устройства его коом-пенсации (батарею конденса­торов, включаемую параллельно индуктору). Макси­мальные значения напряжения индукторов лежат в пре­делах от 500 до 2000 В у ти-гельных и от 40 до 600 В у канальных печей.

Печные трансформаторы. В индукционных установ­ках частоты 50 Гц в качестве печных используются главным образом специально предназначенные для этой цели одно- и трехфазные силовые масляные трансфор­маторы типов ЭОМП, ЭОМН, ЭТМП и другие (буква О — однофазный; расшифровка остальных букв та же, что и для трансформаторов дуговых печей — см. § 1-3). Они имеют ступенчатое регулирование напряжения с устройством дистанционного управления переключением ответвлений обмотки на стороне ВН: для мощности 400 — 1000 кВ -А — при отключенном трансформаторе (устройство ПБВ), для большей мощности — под нагрузкой (уст-ройство РПН). В качестве примеров ком­плектации печей трансформаторами этих типов укажем: для печи ИЧТ-1 ёмкостью 1 т применён трансформатор ЭОМП-1000/10 мощностью 4000 кВ -А; для печи ИЛК -1,6 ёмкостью 1,6 т — трансформатор ЭТМН-1000/10 мощ­ностью 1000 кВ-А. Помимо специальных трансформаторров в индукцион-ных установках применяются и некото­рые типы трансформаторов для дуговых печей и печей сопротивления. При питании печи с однофазным индук­тором от трехфазного печного трансформатора устанавливают симметрирующее устройство, состоящее из реактора и батареи конденсаторов [31].

Для сушки печи и первой плавки необходимо пони­жать мощность примерно до 30% номинальной. Поэтому печи иногда снабжают вспомогательными трансформа­тора-ми или автотрансформаторами. Они могут поочерёдно подключаться то к одной, то к другой печи. Для канальных печей такой трансформатор обеспечивает возможность работы на холостом ходу.

Преобразователи частоты. В индукционных установках средней частоты в ка-честве источников питания индукторов применяют двигатель-генераторные (ма­шинные) и тиристорные (статические) преобразовате­ли частоты.

Машинные преобразователи частоты старых серий ВПЧ, ПВ и ВГО (последние две серии уже не выпускаются) и новых серий ОПЧ и ВЭП — основной вид пре­образователей, применяемых для питания всех тех дей­ствующих индукционных установок, в которых исполь­зуется ток с частотой 1,0—10 кГц. Преобразователи пред-ставляют собой агрегаты из трехфазного асинхрон­ного или синхронного двигателя частоты 50 Гц и однофазного индукторного синхронного генератора средней частоты. В таких генераторах обмотки переменного тока и возбуждения (постоянного тока) раз-мещены в пазах статора. Ферромагнитный ротор имеет зубчатую форму наружной поверхности и не несёт на себе обмоток. При вращении ротора изменяется воздушный зазор между статором и ротором в зависимости от того, проходит ли под соот-ветствующим полюсом статора зубец или паз

душное, агрегатов ПВ закрытого исполнения — водяное, агрегатов ВПЧ, ОПЧ и ВЭП - воздушно водяное.

Агрегаты серии ВПЧ изготовляются на мощности от 12 до 100 кВт, напряжения от 200 до 800 В и рабочие частоты в пределах 2400 - 8000 Гц; агрегаты серии ОПЧ — на мощности 250 — 500 кВт, напряжение 800 — 1600 В и частоты 1 — 10 кГц; агрегаты серии ВЭП — на мощности 60 и 100 кВт, напряжение 800/400 В и часто­ты 2,4 и 8 кГц.

Возбуждение генераторов осуществляется от элект­ромашинных и магнитных уси-лителей, а также от тиристорных возбудителей — управляемых выпрямителей, встра-иваемых в шкафы и станции управления печами.

Тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ) — но­вый вид источников питания средней частоты, который в перспективе должен заменить машинные преобразова­тели. В настоящее время выпускаются преобразователи серии СЧИ на номинальные мощности 100 и 250 кВт и номинальную частоту 3,0 кГц (с регулированием ее от 67 до 100%) и серии ТПЧ на номинальные мощности от 160 до 3200 кВт и номинальные частоты 0,5; 1,0; 2,4; 8,0 кГц (с регулированием от 80 до 100%). Номиналь­ное напряжение преобразователей в основном равно

Индукционные нагревательные установки. В такой установке индуктором создаётся электромагнитное по­ле; оно наводит в металлической детали вихревые токи, наибольшая плотность которых приходится на поверхностный слой детали, где и вы-деляется наибольшее количество тепла. Это тепло пропорционально мощности, под-веденной к индуктору, и зависит от времени нагрева и частоты тока индуктора. Путём соответствующего вы­бора мощности, частоты и времени действия нагрев мо­жет быть произведен в поверхностном слое разной тол­щины либо по всему сечению детали.

Индукционные нагревательные установки по спосо­бу загрузки и характеру ра-боты бывают периодического и непрерывного действия. Последние могут встраиваться в поточные и автоматические технологические линии.

Индукционный нагрев наиболее широко применяется для поверхностной закалки и для сквозного нагрева под горячую деформацию. По сравнению с нагревом в пе­чах сопротивления он позволяет повысить скорость обработки для разнообразного сор-тамента деталей и улучшить её качество, легче поддается автоматизации, даёт воз-можность нагрева отдельных участков детали, тре­бует меньших площадей под рабочие агрегаты. Поверх­ностная индукционная закалка, в частности, заменяет такие дорого-стоящие операции поверхностного упрочне­ния, как цементация, азотирование и др.

Закалочные установки. Различают три вида поверх­ностной закалки. При одно-временной закалке вся зака­ливаемая поверхность одновременно нагревается, после чего одновременно охлаждается (нагрев шеек, флан­цев втулок и пр.). Одновремённо-поо-черёдная закалка характерна тем, что отдельные участки детали подвергаются закалке поочередно. Непрерывно-последователь­ная закалка используется при большой протя-женности закаливаемой поверхности и производится при непре­рывном движении детали относительно индуктора. Ох­лаждение нагретой поверхности следует за нагревом. Охла-дитель и индуктор в последнее случае могут быть как совмещенными, так и раздель-ными.

Источниками питания закалочных индукторов сред­ней частоты служат рас-смотренные выше электромашинные и тиристорные преобразователи, обеспечиваю-щие рабочие частоты до 8 кГц.